JOUANNO Louis Marie

1
JOUANNO Louis Marie
JOSSELIN Hélène
07/02/2011
Physique, « la dosimétrie et la protection contre les rayonnements ionisants », Docteur Florence LE JEUNE
La dosimétrie et la protection contre les
rayonnements ionisants
I. Définition de la dosimétrie
II. Rappels
III. Grandeurs dosimétriques
A) Dose absorbée (D)
B) Dose équivalente (H)
C) Dose efficace (E)
IV. Exposition humaine
A) Origine naturelle
B) Origine artificielle
V. Radioprotection
VI. Exposition aux rayonnements pendant la grossesse
I. Définition de la dosimétrie
La dosimétrie a pour but de mesurer la quantité d'énergie déposée dans un tissu ou organisme
vivant lors d'une exposition à des rayonnements ionisants.
L'exposition peut être :
 externe (dosimétrie externe) : voyage en avion, radiothérapie thérapeutique...
 interne (dosimétrie interne) : boire du lait, manger de la viande, ou à but thérapeutique par
exemple pour le cancer de la thyroïde, il y a ingestion d'Iode 131 comme médicament.
L'exposition peut être :
 globale, intéressant le corps entier
 partielle, portant sur une région, sur un ou plusieurs organes
Tous ces paramètres sont pris en compte pour connaître la dose à laquelle le patient est exposé.
La dosimétrie a un rôle fondamental en radioprotection, en radiothérapie et dans les situations
accidentelles (Tchernobyl par exemple).
Au total, quelque soit l'exposition, les effets biologiques dépendent essentiellement de l'énergie
absorbée par unité de volume par le tissu irradié.

2
La dosimétrie a pour but de quantifier cette énergie pour :
 estimer les doses reçues
 optimiser les protocoles de traitement (on doit avoir une irradiation maximale pour les tissus
tumoraux et une irradiation minimale pour les tissus sains)
 surveiller les professionnels (de santé, de l'industrie, stewards des avions, tous ceux qui sont
irradiés)
 établir les normes de radioprotection individuelle et collective.
II. Rappels sur les rayonnements ionisants
 Définition des rayonnements ionisants :
Tout rayonnement dont l'énergie cinétique des particules ou des photons dépasse 10 eV environ.
 rayonnement directement ionisant : particules chargées, telles les α, β-, β+, ε
 rayonnement indirectement ionisant : particules non chargées, tels les, photons X et gamma, les
neutrons
 Interaction des photons X et gamma avec la matière :
 par effet photoélectrique, à faible énergie, dans les milieux denses à Z (numéro atomique) élevé
 par effet Compton, à énergie intermédiaire, proportionnellement à la densité du milieu
 par effet de production de paires au delà du MeV, dans les milieux denses à Z élevé
 Définition des rayonnements ionisants :
Rayonnement d'énergie suffisante pour éjecter un électron de l'orbite d'un atome.
A) Rayonnements électromagnétiques
 ils comprennent la lumière et les rayons X ou gamma. Ce sont des rayonnements photoniques : ils
ne sont ionisants qu'au dessus de 10 eV.
 ils sont de même nature et se distinguent par leur origine et non par leur énergie.
Les rayons X proviennent de la couche électronique.
Les rayons gamma proviennent du noyau.

3
B) Rayonnements corpusculaires
 Ce sont des rayonnements α, β et les neutrons.
 Ces rayonnements sont émis lors de transformations nucléaires qui se produisent dans les noyaux
instables.
 Certains noyaux sont instables, soit naturellement, soit par suite de réactions nucléaires
artificielles, et vont se transformer en d'autres noyaux, stables ; ce qui correspond à une
désintégration qui s'accompagne de rayonnements particulaires et photoniques.
C'est la radioactivité.
Il existe deux types de radioactivité :
 Le premier type survient lorsque le déséquilibre du noyau tient à un excès de nucléons.
 soit un excès global : expulsion de particules alpha : c'est la radioactivité alpha (pas utilisée dans
le milieu médical car délétère)
 soit un excès de neutrons : transformation d'un neutron en un proton et un électron. Ce dernier est
éjecté et correspond à une émission « béta moins »
 soit un excès de protons et il y a alors deux possibilités :
 soit la transformation d'un proton en un neutron et un positon : émission « béta plus »
 (soit une capture électronique)
 Le second type survient lorsque le déséquilibre tient à un excès d'énergie par rapport à l'énergie
de liaison (c'est à dire d'interaction) entre les nucléons.
On dit que le noyau est dans un état « excité », et la transformation radioactive correspond à une
désexcitation, qui s'effectue cette fois sans changement de numéro atomique (l'élément d'arrivée est le
même que l'élément de départ).
Ce type de radioactivité survient en général à la suite du premier type, après une désintégration de
type « béta » (moins ou plus) que le noyau est dans un état excité instable.
L'énergie est émise sous forme d'un photon : photon gamma.
 Exemple de désintégration :
Deux possibilités de désintégration β- :
 Il y a 95 % de Cs qui se transforment en Barium (Ba) excité (métastable) qui émettra ensuite un
photon gamma pour devenir stable.
 Il y a 5 % de Cs qui se transforment directement en Barium (Ba) stable.

4
 Rayonnement alpha (α) :
C'est une particule composée de deux protons et de deux neutrons extrêmement liés entre eux
(noyau d'Hélium) et animée d'une grande vitesse.
L'émission alpha ne concerne que les noyaux lourds présentant un excès de protons
(en général A>200).
On observe un début de recherche avec ce rayonnement.
Exemple de la désintégration du radium en radon :
 Rayonnement béta (β) :
C'est une particule, électron (β-) ou positron (β+), animée d'une grande vitesse. Il accompagne la
transformation d'un neutron en proton (β-), ou d'un proton en neutron (β+).
 Désintégration β- :
 Désintégration β+ :
La particule ν, appelée neutrino ou antineutrino, est une particule neutre (non chargée) et de
masse nulle qui n'interagit pratiquement pas avec la matière.

5
On peut réaliser un bilan de cancer avec ce type d'imagerie (en utilisant le fluor qui émet des
positrons). On effectue une injection de fluor 18 avec du sucre ; il y a fixation sur les cellules. Le positron
se désintègre en deux photons de 511 keV. La machine détecte alors ces photons (visualisation de cellules
cancéreuses là où il y a eu beaucoup de désintégrations).
Particularités de β- :
 du fait de leur charge, les particules β- sont soumises à de nombreuses interactions avec la
matière.
 Elles ont une faible profondeur de pénétration, de l'ordre de quelques mm dans les tissus mous et
sont arrêtés par des écrans très légers.
En médecine nucléaire, où le radioélément est incorporé à l'intérieur de l'organisme, les
rayonnements β- sont de loin les plus irradiants et donc les plus nocifs (ou les plus utiles lorsqu'on veut
détruire une tumeur).
utilisation de l'Iode 131 pour le traitement du cancer thyroïdien.
 dans certains cas, le noyau Y qui résulte de la désintégration est stable, et on parle (au sujet de X)
d'émetteur béta pur. Dans d'autres cas, le noyau Y est à l'état excité et une émission gamma (ou
une conversion interne) va suivre.
Remarque : les patients traités sont enfermés dans une chambre de plomb.
 Rayonnement gamma (γ) :
C'est un rayonnement électromagnétique analogue à celui de la lumière mais beaucoup plus
énergétique. Leur émission suit généralement une désintégration alpha ou béta et correspond à un
réarrangement des nucléons à l'intérieur du noyau fraîchement transformé.
Le photon étant une particule sans masse, il est très pénétrant. N'étant pas chargé, il interagit peu
avec la matière.
Par exemple, le tecnicium 99 émet un rayonnement gamma à 140 keV. Il est beaucoup utilisé en
tant que :
 traceur cardiaque pour obtenir une imagerie du cœur
 traceur pour obtenir une imagerie du cerveau
On peut obtenir l'imagerie de quasiment tous les organes : os...